RF PCB的十條標(biāo)準(zhǔn)
發(fā)布時(shí)間:2014-09-17 02:41:09 分類:資料中心
1)小功率的RF的PCB設(shè)計(jì)中,主要使用標(biāo)準(zhǔn) 的FR4材料(絕緣特性好、材質(zhì)均勻、介電常數(shù)ε=4,10%)。主要使用4層~6層板,在成本非常敏感的情況下可以使用厚度在1mm以下的雙面板,要保 證反面是一個(gè)完整的地層,同時(shí)由于雙面板的厚度在1mm以上,使得地層和信號(hào)層之間的FR4介質(zhì)較厚,為了使得RF信號(hào)線阻抗達(dá)到50歐,往往信號(hào)走線的 寬度在2mm左右,使得板子的空間分布很難控制。對(duì)于四層板,一般情況下頂層只走RF信號(hào)線,二層是完整的地,三層是電源,底層一般走控制RF器件狀 態(tài)的數(shù)字信號(hào)線(比如設(shè)定ADF4360系列PLL的clk、data、LE信號(hào)線。)三層的電源好不要做成一個(gè)連續(xù)的平面,而是讓各個(gè)RF器件的電 源走線呈星型分布,后接于一點(diǎn)。三層RF器件的電源走線不要和底層的數(shù)字線有交叉。
2)對(duì)于一個(gè)混合信號(hào)的PCB,RF部分和模擬 部分應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離數(shù)字?jǐn)?shù)字部分(這個(gè)距離通常在2cm以上,至少保證1cm),數(shù)字部分的接地應(yīng)當(dāng)與RF部分分隔開。嚴(yán)禁使用開關(guān)電源直接給RF部分供電。主 要在于開關(guān)電源的紋波會(huì)將RF部分的信號(hào)調(diào)制。這種調(diào)制往往會(huì)嚴(yán)重破壞射頻信號(hào),導(dǎo)致致命的結(jié)果。通常情況下,對(duì)于開關(guān)電源的輸出,可以經(jīng)過大的扼流圈, 以及π濾波器,再經(jīng)過線性穩(wěn)壓的低噪音LDO(Micrel的MIC5207、MIC5265系列,對(duì)于高電壓,大功率的RF電路,可以考慮使用 LM1085、LM1083等)得到供給RF電路的電源。
3)RF的PCB中,各個(gè)元件應(yīng)當(dāng)緊密的排布, 確保各個(gè)元件之間的連線短。對(duì)于ADF4360-7的電路,在pin-9、pin-10引腳上的VCO電感與ADF4360芯片間的距離要盡可能的短, 保證電感與芯片間的連線帶來(lái)的分布串聯(lián)電感小。對(duì)于板子上的各個(gè)RF器件的地(GND)引腳,包括電阻、電容、電感與地(GND)相接的引腳,應(yīng)當(dāng)在離 引腳盡可能近的地方打過孔與地層(二層)連通。
4)在選擇在高頻環(huán)境下工作元器件時(shí),盡可能使 用表貼器件。這是因?yàn)楸碣N元件一般體積小,元件的引腳很短。這樣可以盡可能減少元件引腳和元件內(nèi)部走線帶來(lái)的附加參數(shù)的影響。尤其是分立的電阻、電容、電 感元件,使用較小的封裝(0603/0402)對(duì)提高電路的穩(wěn)定性、一致性是非常有幫助的;
5)在高頻環(huán)境下工作的有源器件,往往有一個(gè)以 上的電源引腳,這個(gè)時(shí)候一定要注意在每個(gè)電源的引腳附近(1mm左右)設(shè)置單獨(dú)的去偶電容,容值在100nF左右。在電路板空間允許的情況下,建議每個(gè)引 腳使用兩個(gè)去偶電容,容值分別為1nF和100nF。一般使用材質(zhì)為X5R或者X7R的陶瓷電容。對(duì)于同一個(gè)RF有源器件,不同的電源引腳可能為這個(gè)器件 (芯片)中不同的官能部分供電,而芯片中的各個(gè)官能部分可能工作在不同的頻率上。比如ADF4360有三個(gè)電源引腳,分別為片內(nèi)的VCO、PFD以及數(shù)字 部分供電。這三個(gè)部分實(shí)現(xiàn)了完全不同的功能,工作頻率也不一樣。一旦數(shù)字部分低頻率的噪音通過電源走線傳到了VCO部分,那么VCO輸出頻率則可能被這個(gè) 噪音調(diào)制,出現(xiàn)難以消除的雜散。為了防止這樣的情況出現(xiàn),在有源RF器件的每個(gè)官能部分的供電引腳除了使用單獨(dú)的去偶電容外,還必須經(jīng)過一個(gè)電感磁珠 (10uH左右)再連到一起。這種設(shè)計(jì)對(duì)于那些包含了LO緩沖放大和RF緩沖放大的有源混頻器LO-RF、LO-IF的隔離性能的提升是非常有利的。
6)對(duì) 于PCB上RF信號(hào)的饋入、饋出,一定要使用專門的RF同軸連接器。其中為常用的是SMA型的連接器。對(duì)于SMA的連接器而言,又分為直插式的和微帶式 的。對(duì)于頻率在3GHz以下的信號(hào),而且信號(hào)的功率不大,并且我們不計(jì)較微弱的插損,則完全可以使用直插式的SMA連接器。如果信號(hào)的頻率進(jìn)一步提高,則 我們需要慎重選擇RF連接線材以及RF的連接器。此時(shí)直插式的SMA連接器由于其結(jié)構(gòu)(主要是拐彎)可能會(huì)導(dǎo)致比較大的信號(hào)插損。此時(shí)可以使用質(zhì)量較好 (關(guān)鍵在于連接器所使用了PTFE絕緣子材料)的微帶SMA連接器來(lái)解決問題。同樣如果你的頻率不高,但是苛求插損、功率等方面的指標(biāo),同樣可以考慮微帶 SMA連接器。另外小型的RF連接器還有SMB、SMC等型號(hào),對(duì)于SMB連接器而言,一般這一類連接器只支持2GHz以下的信號(hào)傳輸,而且SMB連接器 采用的卡扣結(jié)構(gòu)在高振動(dòng)場(chǎng)合會(huì)出現(xiàn)“閃斷”的情況。所以在選擇SMB連接器時(shí)要慎重考慮。多數(shù)的RF連接器都有500次插拔限制,插拔過于頻繁可能永久損 壞連接器,所以在調(diào)試RF電路的時(shí)候就不要把RF連接器當(dāng)螺絲擰著玩了。由于SMB的PCB座的部分是針式結(jié)構(gòu)(公),所以頻繁插拔對(duì)焊在PCB一端的連 接器損耗相對(duì)較小,降低了維修的難度,所以在這樣的情況下SMB連接器也是一種不錯(cuò)的選擇。另外對(duì)于那些對(duì)空間要求極高的場(chǎng)合,還有GDR一類的微型連接 器供選擇。對(duì)于那些阻抗即便不是50歐、低頻率、小信號(hào)、精密直流等模擬信號(hào)或者數(shù)字部分的高頻時(shí)鐘、低抖動(dòng)時(shí)鐘、高速串行信號(hào)等數(shù)字信號(hào)都可以使用 SMA作為饋出饋入的連接器。
7)在設(shè)計(jì)RF PCB的時(shí)候,對(duì)于RF信號(hào)的走線的寬度是有嚴(yán)格的規(guī)定的。設(shè)計(jì)的時(shí)候要根據(jù)PCB的厚度和介電常數(shù)需要嚴(yán)格計(jì)算、仿真走線在對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)上的阻抗,以確保 其為50歐(CATV的標(biāo)準(zhǔn)為75歐)。然而,并不是時(shí)時(shí)刻刻我們都需要嚴(yán)格的阻抗匹配,在某些情況下,較小的阻抗失配可能無(wú)關(guān)大礙(比如40歐~60 歐);而且,即便你對(duì)板子的仿真是基于理想情況下做的,實(shí)際交給PCB廠生產(chǎn)的時(shí)候,廠商所使用的工藝會(huì)導(dǎo)致板子的實(shí)際阻抗和仿真結(jié)果相差千里。所以對(duì)于小信號(hào)RF PCB的阻抗匹配這樣的問題,我的建議是:Step-1: 和PCB廠適當(dāng)溝通,獲得對(duì)應(yīng)厚度、對(duì)用層數(shù)的板子50歐走線的寬度范圍;Step-2: 在這個(gè)寬度范圍內(nèi)選擇一個(gè)合適的寬度統(tǒng)一應(yīng)用在所有50歐的RF信號(hào)線上;Step-3: 在PCB 交付生產(chǎn)的時(shí)候,在Script上注明所有這個(gè)寬度的線做50歐阻抗匹配。此時(shí)就不需要